ไฟเบอร์เลเซอร์คืออะไร?
ใยแก้วนำแสงย่อมาจากใยแก้วนำแสง และมักจะเป็นท่อนำคลื่นทรงกระบอกสำหรับคลื่นแสง มันใช้หลักการของการสะท้อนทั้งหมดเพื่อจำกัดคลื่นแสงให้อยู่ในแกนกลางและนำพวกมันไปในทิศทางของแกนไฟเบอร์ การเปลี่ยนลวดทองแดงด้วยแก้วควอทซ์เปลี่ยนโลก
ในฐานะสื่อนำคลื่นแสง ใยแก้วนำแสงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายตั้งแต่ปี 1966 เมื่อ Charles Kao เปิดตัว เนื่องจากมีความสามารถในการสื่อสารสูง ป้องกันสัญญาณรบกวนสูง สูญเสียการส่งสัญญาณต่ำ ระยะรีเลย์ยาว การรักษาความลับที่ดี ความสามารถในการปรับตัว ขนาดที่เล็ก น้ำหนักเบาและแหล่งวัตถุดิบที่อุดมสมบูรณ์ เป็นที่รู้จักในฐานะ "บิดาแห่งไฟเบอร์ออปติก" คาโอได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2552 จากผลงานของเขา ด้วยความสมบูรณ์แบบที่เพิ่มขึ้นและการใช้งานจริงของไฟเบอร์ออปติก ไฟเบอร์ออปติกได้ปฏิวัติอุตสาหกรรมโทรคมนาคมและแทนที่ลวดทองแดงเป็นส่วนประกอบหลักของการสื่อสารสมัยใหม่
ระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงเป็นระบบสื่อสารที่ใช้แสงเป็นตัวนำข้อมูลและใยแก้วนำแสงเป็นสื่อนำคลื่น เมื่อใยแก้วนำแสงส่งข้อมูล สัญญาณไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นสัญญาณแสงซึ่งจะถูกส่งต่อไปภายในเส้นใย ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีการสื่อสารที่เกิดขึ้นใหม่ การสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกได้แสดงให้เห็นถึงความเหนือกว่าที่เหนือชั้นตั้งแต่เริ่มต้น และได้รับความสนใจอย่างมากและได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง การใช้ใยแก้วนำแสงอย่างแพร่หลายในการสื่อสารยังช่วยให้เกิดการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงและไฟเบอร์เลเซอร์ในเวลาเดียวกัน นอกจากการสื่อสารแล้ว ระบบใยแก้วนำแสงยังถูกนำไปใช้งานอย่างหลากหลายในด้านการแพทย์ การตรวจจับ และสาขาอื่นๆ
เส้นใยแก้วนำแสง
สื่ออัตราขยายของไฟเบอร์เลเซอร์คือไฟเบอร์ที่ใช้งานอยู่ ตามโครงสร้างของมันสามารถแบ่งออกเป็นเส้นใยโหมดเดียว, เส้นใยหุ้มสองชั้นและเส้นใยคริสตัลโทนิคสาม
ใยแก้วนำแสงโหมดเดียว เส้นใยโหมดเดียวประกอบด้วยแกน การหุ้ม และชั้นเคลือบ โดยที่ดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุแกน n1 สูงกว่าดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุหุ้ม n2 เมื่อมุมตกกระทบของแสงที่ตกกระทบมีค่ามากกว่า ภาพมุมวิกฤต, ลำแสงในแกนของการปล่อยเต็ม, ดังนั้นเส้นใยสามารถผูกพันกับลำแสงในการขยายพันธุ์หลัก. การหุ้มด้านในของไฟเบอร์แบบโหมดเดียวไม่สามารถทำหน้าที่ยับยั้งแสงของปั๊มแบบมัลติโหมดได้ และค่ารูรับแสงที่เป็นตัวเลขของแกนกลางก็ต่ำ ดังนั้นจึงสามารถใช้เฉพาะการต่อพ่วงแสงของปั๊มโหมดเดียวเข้ากับแกนเพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์ ไฟเบอร์เลเซอร์ในยุคแรกๆ ใช้ไฟเบอร์โหมดเดียวนี้ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเชื่อมต่อต่ำ และเลเซอร์ที่มีกำลังเอาต์พุตในช่วงมิลลิวัตต์
เส้นใยหุ้มสองชั้น
เพื่อเอาชนะข้อจำกัดของเส้นใยอิตเทอร์เบียมเจือด้วยเส้นใยอิตเทอร์เบียมแบบหุ้มชั้นเดียวแบบธรรมดา (Yb3 plus ) ในด้านประสิทธิภาพการแปลงและกำลังขับ Maurer (R. Maurer) ได้เสนอแนวคิดของเส้นใยหุ้มสองชั้นเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2517 ตั้งแต่นั้นมา จนถึงปี 1988 เมื่อ E. Snitzer และคนอื่นๆ เสนอเทคโนโลยีปั๊มหุ้ม [3] เลเซอร์/เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เจือ Yb กำลังสูงได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว
เส้นใยหุ้มสองชั้นเป็นเส้นใยแก้วนำแสงที่มีโครงสร้างพิเศษที่เพิ่มชั้นหุ้มด้านในให้กับเส้นใยทั่วไป ซึ่งประกอบด้วยชั้นเคลือบ ชั้นหุ้มด้านใน ชั้นหุ้มด้านนอก และแกนเส้นใยเจือ เทคโนโลยีการหุ้มปั๊มขึ้นอยู่กับเส้นใยหุ้มสองชั้น แกนหลักคือช่วยให้แสงของปั๊มแบบมัลติโหมดส่งผ่านไปยังการหุ้มด้านในและแสงเลเซอร์จะถูกส่งผ่านในแกน ทำให้ประสิทธิภาพการแปลงการสูบน้ำและกำลังเอาต์พุตของ ไฟเบอร์เลเซอร์จะดีขึ้นอย่างมาก โครงสร้างของเส้นใยหุ้มสองชั้น รูปร่างของวัสดุหุ้มด้านใน และวิธีการเชื่อมต่อปั๊มด้วยแสงเป็นกุญแจสำคัญของเทคโนโลยีนี้
แกนกลางของไฟเบอร์หุ้มสองชั้นประกอบด้วยซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) เจือด้วยธาตุแรร์เอิร์ธ ซึ่งเป็นทั้งสื่อเลเซอร์และช่องส่งสัญญาณเลเซอร์ในไฟเบอร์เลเซอร์ ซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่นการทำงาน ขนาดตามขวาง (เส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบเท่าของแกนทั่วไป) และรูรับแสงเชิงตัวเลขของส่วนหุ้มด้านในมีขนาดใหญ่กว่าของแกนกลางมาก และดัชนีการหักเหของแสงจะเล็กกว่าของแกน ซึ่งจำกัดการแพร่กระจายของแสงเลเซอร์โดยสิ้นเชิง ภายในแกน สิ่งนี้สร้างท่อนำคลื่นออพติคอลรูรับแสงตัวเลขขนาดใหญ่ที่มีภาคตัดขวางขนาดใหญ่ระหว่างแกนกลางและส่วนหุ้มด้านนอก ซึ่งช่วยให้รูรับแสงตัวเลขขนาดใหญ่ ภาคตัดขวางขนาดใหญ่ และแสงปั๊มพลังงานสูงแบบหลายโหมดเชื่อมต่อเข้ากับเส้นใยและจำกัดการส่งผ่านภายใน การหุ้มด้านในโดยไม่มีการแพร่กระจายทำให้ง่ายต่อการบำรุงรักษาการสูบน้ำด้วยแสงที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง การหุ้มด้านนอกประกอบด้วยวัสดุโพลีเมอร์ที่มีดัชนีการหักเหของแสงน้อยกว่าการหุ้มด้านใน ชั้นนอกสุดเป็นชั้นป้องกันที่ประกอบด้วยสารอินทรีย์ พื้นที่เชื่อมต่อของเส้นใยหุ้มสองชั้นกับแสงที่ถูกปั๊มถูกกำหนดโดยขนาดของการหุ้มด้านใน ซึ่งแตกต่างจากเส้นใยโหมดเดี่ยวทั่วไปซึ่งถูกกำหนดโดยแกนเพียงอย่างเดียว ในแง่หนึ่ง สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการต่อพ่วงพลังงานของเลเซอร์ไฟเบอร์มนุษย์ ทำให้แสงของปั๊มผ่านไปยังส่วนหุ้มด้านในได้หลายครั้งเพื่อกระตุ้นไอออนเจือสำหรับการปล่อยเลเซอร์ ในทางกลับกัน คุณภาพของลำแสงที่ส่งออกจะถูกกำหนดโดยธรรมชาติของแกนไฟเบอร์ และการนำวัสดุหุ้มด้านในมาใช้จะไม่ทำลายคุณภาพลำแสงของเอาต์พุตไฟเบอร์เลเซอร์
ในขั้นต้น การหุ้มด้านในของเส้นใยหุ้มสองชั้นเป็นแบบสมมาตรทรงกระบอกและค่อนข้างง่ายในการประดิษฐ์และง่ายต่อการต่อเข้ากับหางเปียของปั๊มเลเซอร์ไดโอด (LD) แต่ความสมมาตรที่สมบูรณ์แบบทำให้เกิดรังสีเกลียวจำนวนมากของแสงปั๊มใน การหุ้มด้านในที่ไม่เคยไปถึงแกนกลางแม้ว่าจะมีการสะท้อนแสงเพียงพอที่แกนกลางจะดูดซับ ดังนั้นแม้จะมีเส้นใยที่ยาวกว่า แต่ก็ยังมีการรั่วไหลของแสงจำนวนมาก ทำให้ยากต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลง ด้วยเหตุนี้จึงต้องทำลายสมมาตรทรงกระบอกของการหุ้มด้านใน
เส้นใยคริสตัลโทนิค
ในเส้นใยหุ้มสองชั้นปกติ รูปทรงเรขาคณิตของแกนกลางจะเป็นตัวกำหนดกำลังแสงเลเซอร์ที่ส่งออก รูรับแสงที่เป็นตัวเลขจะกำหนดคุณภาพลำแสงของเลเซอร์ที่ส่งออก เนื่องจากข้อจำกัดของผลกระทบที่ไม่ใช่เชิงเส้น ความเสียหายทางแสงและกลไกทางกายภาพอื่นๆ ในเส้นใยแก้วนำแสง วิธีเดียวในการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางไม่สามารถตอบสนองความต้องการสำหรับการทำงานโหมดเดียวที่เอาต์พุตกำลังสูงในเส้นใยหุ้มสองชั้นโหมดขนาดใหญ่ การเกิดขึ้นของเส้นใยพิเศษ เช่น เส้นใยคริสตัลโทนิค (PCF) มอบวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสำหรับความท้าทายนี้
แนวคิดของผลึกโทนิคได้รับการแนะนำครั้งแรกโดย E. Yablonovitch ในปี 19871 โดยเป็นโครงสร้างคาบที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่างกันในหนึ่ง สอง หรือสามมิติ ที่ช่วยให้แสงแพร่กระจายในแถบการนำแสงของโทนิค และห้ามไม่ให้แสงแพร่กระจายในช่องว่างของแถบโทนิค ( พีบีจี). PCFs เป็นผลึกโทนิคสองมิติ หรือที่เรียกว่าเส้นใยโครงสร้างจุลภาคหรือเส้นใยที่มีรูพรุน และในปี 1996 JC Knight และคณะ ผลิต PCF ตัวแรกที่มีกลไกนำแสงคล้ายกับเส้นใยทั่วไปที่มีการสะท้อนกลับทั้งหมด หลังจากปี 2548 การออกแบบและการเตรียม PCF ฟิลด์โหมดขนาดใหญ่เริ่มมีความหลากหลาย โดยมีการเกิดขึ้นของรูปร่างต่างๆ รวมถึง PCF แบบช่องรั่ว, PCF แบบแท่ง, PCF พิทช์ขนาดใหญ่ และ PCF แบบมัลติคอร์ พื้นที่โหมดฟิลด์ของไฟเบอร์ก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน
ในลักษณะที่ปรากฏ PCFs มีความคล้ายคลึงกับเส้นใยโหมดเดี่ยวทั่วไปมาก แต่ด้วยกล้องจุลทรรศน์จะแสดงโครงสร้างแบบรู-อาร์เรย์ที่ซับซ้อน คุณสมบัติทางโครงสร้างเหล่านี้ทำให้ PCF มีข้อดีที่ไม่เหมือนใครและเหนือกว่าไฟเบอร์ทั่วไป เช่น การส่งผ่านโหมดเดียวที่ปราศจากการตัด พื้นที่ฟิลด์โหมดขนาดใหญ่ การกระจายที่ปรับได้ และการสูญเสียที่จำกัดต่ำ ซึ่งสามารถเอาชนะความท้าทายมากมายของเลเซอร์ทั่วไป . ตัวอย่างเช่น PCF สามารถบรรลุการทำงานแบบโหมดเดียวในพื้นที่ฟิลด์โหมดขนาดใหญ่ ในขณะที่รับประกันคุณภาพของลำแสง ลดความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ในไฟเบอร์ลงอย่างมาก ลดผลกระทบที่ไม่ใช่เชิงเส้นในไฟเบอร์ และเพิ่มเกณฑ์ความเสียหายของไฟเบอร์ มันสามารถบรรลุรูรับแสงตัวเลขขนาดใหญ่ ซึ่งหมายความว่าสามารถเชื่อมต่อออปติคัลของปั๊มได้มากขึ้นและเอาต์พุตเลเซอร์กำลังสูงขึ้น สิ่งนี้ทำให้เป็นงานวิจัยใหม่ที่เน้นเรื่องไฟเบอร์เลเซอร์ ซึ่งมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการประยุกต์ใช้ไฟเบอร์เลเซอร์กำลังสูง
การประดิษฐ์ไฟเบอร์เลเซอร์
เลเซอร์ที่ใช้ใยแก้วนำแสงเป็นสื่อรับแสงเลเซอร์เรียกว่าไฟเบอร์เลเซอร์ เช่นเดียวกับเลเซอร์ประเภทอื่น ๆ ประกอบด้วยสามส่วน: ตัวกลางอัตราขยาย แหล่งที่มาของปั๊ม และโพรงเรโซแนนซ์ ไฟเบอร์เลเซอร์ใช้ไฟเบอร์แบบแอคทีฟที่มีแกนเจือด้วยธาตุแรร์เอิร์ธเป็นตัวกลางในการรับ โดยทั่วไปจะใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นแหล่งปั๊ม ช่องเรโซแนนซ์โดยทั่วไปประกอบด้วยกระจกสะท้อนแสง พื้นผิวปลายไฟเบอร์ กระจกวงแหวนไฟเบอร์ หรือตะแกรงไฟเบอร์
ตามลักษณะโดเมนเวลาของไฟเบอร์เลเซอร์ มันสามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์ไฟเบอร์แบบต่อเนื่องและเลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลซิ่ง ตามโครงสร้างช่องเรโซแนนซ์ มันสามารถแบ่งออกเป็นไฟเบอร์เลเซอร์ช่องเชิงเส้น เลเซอร์ไฟเบอร์ป้อนกลับแบบกระจาย และเลเซอร์ไฟเบอร์ช่องวงแหวน ตามอัตราขยายของเส้นใยและวิธีการสูบน้ำที่แตกต่างกัน มันสามารถแบ่งออกเป็นไฟเบอร์เลเซอร์หุ้มชั้นเดียว (ปั๊มแกนไฟเบอร์) และเลเซอร์ไฟเบอร์หุ้มสองชั้น (ปั๊มหุ้ม)
ในปี 1961 Snitzer ได้ค้นพบรังสีเลเซอร์ในท่อนำคลื่นแก้วที่เจือด้วยนีโอไดเมียม (Nd) ในปี พ.ศ. 2509 คาโอได้ศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับสาเหตุหลักของการลดทอนของแสงในใยแก้วนำแสง และชี้ให้เห็นถึงปัญหาทางเทคนิคหลักที่ต้องแก้ไขเพื่อการประยุกต์ใช้ใยแก้วนำแสงในการสื่อสารในทางปฏิบัติ ในปี 1970 บริษัท Corning ในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาเส้นใยแก้วนำแสงที่มีการลดทอนน้อยกว่า 20 dB/km ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมการสื่อสารด้วยแสงและออปโตอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งนี้วางรากฐานสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมการสื่อสารด้วยแสงและอุตสาหกรรมออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ในช่วงทศวรรษที่ 1970 และ 1980 เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์เติบโตเต็มที่และจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ เป็นแหล่งปั๊มที่เชื่อถือได้และหลากหลายสำหรับการพัฒนาไฟเบอร์เลเซอร์ ในขณะเดียวกันการพัฒนาวิธีการสะสมไอสารเคมีทำให้การสูญเสียการส่งผ่านของใยแก้วนำแสงลดลงอย่างต่อเนื่อง ไฟเบอร์เลเซอร์กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วในทิศทางของการกระจายความเสี่ยง ด้วยไฟเบอร์ที่เจือด้วยธาตุหายากหลายชนิด เช่น เออร์เบียม (Er3 บวก ), อิตเทอร์เบียม (Yb3 บวก ), นีโอไดเมียม (Nd3 บวก ), ซาแมเรียม (Sm 3 บวก ), ทูเลียม (Tm3 บวก ), โฮลเมียม (Ho3 บวก ), praseodymium (Pr3 บวก ), ดิสโพรเซียม (Dy3 บวก ), บิสมัท (Bi3 บวก ) และอื่นๆ ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของเอาต์พุตเลเซอร์สามารถทำได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับไอออนเจือ เพื่อตอบสนองความต้องการใช้งานต่างๆ
คุณสมบัติของไฟเบอร์เลเซอร์กำลังสูง
ข้อดีของไฟเบอร์เลเซอร์กำลังสูงมีดังนี้
(1) คุณภาพของลำแสงที่ดี โครงสร้างท่อนำคลื่นของใยแก้วนำแสงทำให้ง่ายต่อการรับเอาต์พุตโหมดแนวขวางเดียว และอิทธิพลของปัจจัยภายนอกก็น้อยมาก เพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์ความสว่างสูง
(2) ประสิทธิภาพสูง ไฟเบอร์เลเซอร์โดยการเลือกความยาวคลื่นการปล่อยและลักษณะการดูดกลืนธาตุหายากเจือปนของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สำหรับแหล่งที่มาของปั๊ม คุณจะได้แสงที่สูงมากต่อประสิทธิภาพการแปลงแสง สำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์พลังงานสูงที่เจือด้วยอิตเทอร์เบียม โดยทั่วไปจะเลือกเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาด 915 นาโนเมตรหรือ 975 นาโนเมตร เนื่องจากโครงสร้างระดับพลังงานที่เรียบง่ายของ Yb3 plus การแปลงแบบอัปคอนเวอร์ชัน การดูดกลืนสถานะที่ตื่นเต้น และการระเบิดของความเข้มข้นมีโอกาสเกิดขึ้นน้อยกว่า อายุการเรืองแสงยาวนานขึ้นและสามารถเก็บพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับการทำงานพลังงานสูง ประสิทธิภาพทางอิเล็กโทรออปติกโดยรวมของไฟเบอร์เลเซอร์เชิงพาณิชย์สูงถึง 25 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเอื้อต่อการลดต้นทุน การประหยัดพลังงาน และการปกป้องสิ่งแวดล้อม
(3) ลักษณะการกระจายความร้อนที่ดี ไฟเบอร์เลเซอร์ถูกใช้เป็นสื่อในการรับแสงเลเซอร์โดยใช้ไฟเบอร์เจือธาตุธาตุหายากบางๆ ที่มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรมาก เลเซอร์บล็อกแข็งประมาณ 1,000 เท่า ในแง่ของความสามารถในการกระจายความร้อนมีข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติ ไม่จำเป็นต้องระบายความร้อนของไฟเบอร์เป็นพิเศษสำหรับเคสพลังงานต่ำและปานกลาง และการระบายความร้อนด้วยน้ำสำหรับเคสพลังงานสูง ซึ่งยังช่วยหลีกเลี่ยงการเสื่อมคุณภาพและประสิทธิภาพของลำแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพเนื่องจากผลกระทบทางความร้อนที่พบได้ทั่วไปในเลเซอร์โซลิดสเตต
(4) โครงสร้างที่กะทัดรัด ความน่าเชื่อถือสูง เนื่องจากไฟเบอร์เลเซอร์ใช้ไฟเบอร์ขนาดเล็กและยืดหยุ่นเป็นตัวกลางในการรับเลเซอร์ จึงช่วยบีบอัดปริมาณและประหยัดค่าใช้จ่าย แหล่งที่มาของปั๊มยังใช้ในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็กและใช้งานง่าย โดยทั่วไปผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์มีจำหน่ายพร้อมเอาต์พุตหางหมู รวมกับตะแกรงไฟเบอร์ Bragg และอุปกรณ์ไฟเบอร์ออปติกอื่นๆ ตราบใดที่อุปกรณ์เหล่านี้หลอมรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ไฟเบอร์เต็มรูปแบบ มีภูมิคุ้มกันต่อการรบกวนจากสิ่งแวดล้อม มีความเสถียรสูง ช่วยประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา
ไฟเบอร์เลเซอร์กำลังสูงยังมีข้อเสียที่ยากจะเอาชนะ หนึ่งคือ ช่องโหว่ที่จะเกิดผลกระทบที่ไม่ใช่เชิงเส้น ไฟเบอร์เลเซอร์มีความยาวที่มีประสิทธิภาพยาวนานและมีเกณฑ์ต่ำสำหรับผลกระทบที่ไม่ใช่เชิงเส้นต่างๆ เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตของท่อนำคลื่น ผลกระทบที่ไม่เชิงเส้นที่เป็นอันตรายบางอย่าง เช่น การกระเจิงของรามานแบบตื่นเต้น (SRS) การมอดูเลตเฟสตัวเอง (SPM) ฯลฯ อาจทำให้เกิดความผันผวนของเฟสและการถ่ายโอนพลังงานบนสเปกตรัม หรือแม้แต่สร้างความเสียหายต่อระบบเลเซอร์ ซึ่งจำกัดการพัฒนาของเส้นใยพลังงานสูง เลเซอร์ ประการที่สองคือเอฟเฟกต์การทำให้มืดลงของโฟตอน ด้วยการเพิ่มเวลาสูบน้ำ เอฟเฟกต์การทำให้โฟตอนมืดลงสามารถนำไปสู่การเพิ่มความเข้มข้นสูงของประสิทธิภาพการแปลงพลังงานไฟเบอร์เจือธาตุหายากที่มีความเข้มข้นสูง ลดลงอย่างถาวรซึ่งไม่สามารถย้อนกลับได้ เป็นการจำกัดความเสถียรในระยะยาวและอายุการใช้งานของไฟเบอร์เลเซอร์กำลังสูง ซึ่งเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษ ในเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงเจืออิตเทอร์เบียม
ด้วยความก้าวหน้าของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบไฟเบอร์คู่ความสว่างสูงและเทคโนโลยีไฟเบอร์แบบหุ้มสองชั้น กำลังขับ ประสิทธิภาพการแปลงแสงเป็นออปติคัล และคุณภาพลำแสงของเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงได้พัฒนาขึ้นอย่างมาก ในการประมวลผลทางอุตสาหกรรม กำกับอาวุธพลังงาน, telemetry ระยะไกล, LIDAR และการใช้งานอื่น ๆ ที่ต้องการแรงดึงสูง, ไปยัง United States Apache Photonics (IPG Photonics), Nufern (Nufern), Nlight (Nlight) และ Germany Tong Express Group, ส่วนใหญ่ หน่วยวิจัยเกี่ยวกับการวิจัยและพัฒนาเลเซอร์ไฟเบอร์พลังงานสูงแบบคลื่นต่อเนื่อง คลื่นพัลส์ เปิดตัวสายผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย ผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นได้รับการรายงานโดยหน่วยงานหลายแห่งในประเทศจีน รวมถึงมหาวิทยาลัยซิงหัว มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีกลาโหมแห่งชาติ สถาบันทัศนศาสตร์และเครื่องจักรความแม่นยำแห่งเซี่ยงไฮ้ของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน และสถาบันวิจัยที่สี่ของวิทยาศาสตร์การบินและอวกาศแห่งประเทศจีน และ บรรษัทอุตสาหกรรม.
เทคโนโลยีการเพิ่มกำลังไฟเบอร์เลเซอร์
เนื่องจากผลกระทบที่ไม่ใช่เชิงเส้นในไฟเบอร์เลเซอร์ ผลกระทบจากความร้อนและขีดจำกัดเกณฑ์ความเสียหายของวัสดุ กำลังขับของไฟเบอร์เลเซอร์เดี่ยวจึงถูกจำกัดในระดับหนึ่ง และเมื่อกำลังเพิ่มขึ้น คุณภาพของลำแสงจะค่อยๆ ลดลง ทำให้ต้องใช้ ของเทคโนโลยีการควบคุมโหมดและการออกแบบโครงสร้างพิเศษของเส้นใยใหม่เพื่อปรับปรุงคุณภาพลำแสง Dawson (JW Dawson) et al ได้วิเคราะห์ทางทฤษฎีเกี่ยวกับขีดจำกัดพลังงานเอาท์พุตของไฟเบอร์เส้นเดียว และคำนวณว่าในเลเซอร์ไฟเบอร์บรอดแบนด์ ไฟเบอร์เดี่ยวสามารถรับพลังงานสูงสุด 36 กิโลวัตต์ใกล้กับเอาต์พุตเลเซอร์ขีดจำกัดการเลี้ยวเบน ในขณะที่ไฟเบอร์เลเซอร์ที่มีความกว้างเส้นแคบ สูงสุด กำลังไฟ 2 กิโลวัตต์ เพื่อเพิ่มกำลังเอาต์พุตของไฟเบอร์เลเซอร์และแอมพลิฟายเออร์ การสังเคราะห์กำลังของไฟเบอร์เลเซอร์หลายตัวโดยใช้เทคโนโลยีการสังเคราะห์ที่สอดคล้องกันเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพ ได้กลายเป็นจุดสนใจการวิจัยระดับนานาชาติในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา
การสังเคราะห์แบบเชื่อมโยงกันทำได้โดยการควบคุมเฟส ความถี่ และโพลาไรเซชันของลำแสงเลเซอร์แต่ละลำให้มีความสม่ำเสมอ เพื่อให้ตรงตามเงื่อนไขการเชื่อมโยงกันและได้เอาต์พุตเฟสล็อกที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งสามารถรับความเข้มสูงสุดที่สูงกว่าการไม่สอดคล้องกันแบบธรรมดา ซ้อนและรักษาคุณภาพลำแสงที่ดี ประวัติของการพัฒนาเทคโนโลยีการสังเคราะห์ที่เชื่อมโยงกันนั้นยาวนานพอๆ กับประวัติศาสตร์ของเลเซอร์เอง และเกี่ยวข้องกับเลเซอร์ประเภทต่างๆ ของแก๊ส เลเซอร์เคมี เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์โซลิดสเตต ฯลฯ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความไม่สมบูรณ์ของอุปกรณ์ต่างๆ ในช่วงแรก ๆ ผลการทดลองที่ได้จากเทคโนโลยีการสังเคราะห์แบบเชื่อมโยงกันไม่ได้ทะลุกำลังเอาต์พุตสูงสุดของเลเซอร์ลิงค์เดียวที่สอดคล้องกันในขณะนั้น ดังนั้นผลที่ได้จึงไม่ชัดเจนมากนัก ตั้งแต่ทศวรรษที่ 1990 เป็นต้นมา การถือกำเนิดของไฟเบอร์เลเซอร์ได้นำไปสู่การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคนิคการสังเคราะห์ที่สอดคล้องกัน นอกเหนือจากข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใครของไฟเบอร์เลเซอร์และความจำเป็นในการใช้งานทางยุทธวิธีหลายร้อยกิโลวัตต์แล้ว อุปกรณ์หลายอย่าง (เช่น ตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์โคน ไฟเบอร์แบบมัลติคอร์ ตัวปรับเฟสด้วยหางเปีย และตัวเปลี่ยนความถี่อะคูสติกออปติคอล เป็นต้น) บทบาทสำคัญในการเปิดตัวการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกในเชิงพาณิชย์ ไฟเบอร์โคนคัปเปลอร์และมัลติคอร์ไฟเบอร์อำนวยความสะดวกในการควบคุมเฟสแบบพาสซีฟโดยใช้เลเซอร์พลังงานฉีดคัปปลิ้งและสวิฟเวฟเวฟคัปลิง ในขณะที่เฟสมอดูเลเตอร์ที่มีหางหมูและตัวเปลี่ยนความถี่แบบอะคูสติกออปติคัลทำให้สามารถควบคุมเฟสแบบแอกทีฟด้วยแบนด์วิธควบคุมเมกะเฮิรตซ์ ซึ่งสามารถใช้ควบคุมความผันผวนของเฟสได้ที่ สภาพพลังงานสูงและได้เอาต์พุตเฟสล็อก นักวิจัยได้เสนอแผนการสังเคราะห์ที่สอดคล้องกันจำนวนมาก
การสังเคราะห์เชิงสเปกตรัมเป็นเทคนิคการสังเคราะห์ที่ไม่สอดคล้องกันซึ่งใช้การเลี้ยวเบนอย่างน้อยหนึ่งแบบเพื่อกระจายแสงย่อยหลายรายการในรูรับแสงเดียวกัน ส่งผลให้เอาต์พุตรูรับแสงเดี่ยวมีคุณภาพลำแสงที่ดี การสังเคราะห์เชิงสเปกตรัมของไฟเบอร์เลเซอร์สามารถใช้แบนด์วิธอัตราขยายที่กว้างของไฟเบอร์เลเซอร์ Yb-doped ได้อย่างเต็มที่เพื่อชดเชยกำลังเอาต์พุตที่จำกัดของไฟเบอร์เลเซอร์ตัวเดียว
